JP2022060133A - アルミニウム材の抵抗スポット溶接方法、及びアルミニウム材の接合体 - Google Patents
アルミニウム材の抵抗スポット溶接方法、及びアルミニウム材の接合体 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2022060133A JP2022060133A JP2021013577A JP2021013577A JP2022060133A JP 2022060133 A JP2022060133 A JP 2022060133A JP 2021013577 A JP2021013577 A JP 2021013577A JP 2021013577 A JP2021013577 A JP 2021013577A JP 2022060133 A JP2022060133 A JP 2022060133A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- aluminum
- welding
- aluminum material
- time
- nugget
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 183
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 183
- 238000003466 welding Methods 0.000 title claims abstract description 151
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 121
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 27
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 12
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 11
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 5
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000007542 hardness measurement Methods 0.000 description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 3
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- ZTXONRUJVYXVTJ-UHFFFAOYSA-N chromium copper Chemical compound [Cr][Cu][Cr] ZTXONRUJVYXVTJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 2
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Resistance Welding (AREA)
Abstract
Description
(1) 複数のアルミニウム材を重ね合わせて一対の電極によりスポット溶接するアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法であって、
前記アルミニウム材の板厚をt(mm)としたとき、
前記電極による前記アルミニウム材への加圧力を2(kN)以上、8(kN)以下とし、
溶接電流を25(kA)以上、50(kA)以下とし、
溶接時間を30×t(ms)以上、50×t(ms)以下として抵抗スポット溶接する、アルミニウム材の抵抗スポット溶接方法。
(2) 複数のアルミニウム材が重なり合ってスポット溶接されたアルミニウム材の接合体であって、
前記アルミニウム材の板厚をt(mm)としたとき、
前記アルミニウム材同士の間に形成されたナゲットの前記アルミニウム材同士の接合面に沿った端部から、該ナゲットの中心側と反対側に向けて、前記アルミニウム材の母材の硬度よりも低い前記スポット溶接による熱影響部が2.9×√t(mm)以下の長さで形成されている、アルミニウム材の接合体。
図1は、アルミニウム材を溶接するスポット溶接機の概略構成図である。
一対の電極13,15によって2枚のアルミニウム板に加圧力P1を負荷するスクイズ時間Tsの後、加圧力P1を維持したまま溶接電流を線形で電流値Iまで増加させるアップスロープ時間Tuを経て、電流値Iを所定の時間Tcで通電し続ける。
図3は、アルミニウム材をスポット溶接した溶接継手における、ナゲット径に対するCTSの分布を示すグラフである。
ここでは、板厚2mmの6000系アルミニウム合金材(T4処理)を、電極径φ19mm、先端曲率R100mmのクロム銅製の電極間に挟み込み、溶接電流の電流値Iを25kA,33kA,40kAとし、加圧力P1を5kNとした。溶接時間Tmは、一般的に慣用される通常の時間(以降は「通常通電」という)であるTm=190msと、通常時間より短い時間(以降は「短時間通電」という)であるTm=90msとの2種類を設定した。
図4の(A)~(C)は、通電条件を異ならせた溶接電流及び加圧力の波形の例を示すタイミングチャートである。
(A)に示す条件は、スクイズ時間Tsを100ms、アップスロープ時間Tuを20ms、通電時間Tcを80msとして図2に示した溶接時間Tmを90msにした短時間通電の場合である。(B)に示す条件は、スクイズ時間Tsを100ms、アップスロープ時間Tuを20ms、通電時間Tcを180msとして溶接時間Tmを190msにした通常通電の場合である。また、(C)の条件は、(B)の条件に加えて、電流値が線形で減少するダウンスロープ時間Tdを設けている。ダウンスロープ時間Tdは400msとした。なお、ダウンスロープ時間Tdを設けることで、溶接に起因する割れの発生を抑制すると考えられるが、ダウンスロープ時間Tdは溶接時間Tmに含めない。
通常通電の場合、断面写真に示すように、ナゲットの端部からナゲット表面に沿って一方アルミニウム板(図6の上側)が剥離し、その剥離領域が、外観写真に示すようにナゲットの周方向に連続して生じている。また、一方のアルミニウム板は、ナゲットから剥離した部分(薄肉部)で破断している。
図4の(A)~(C)の各条件でスポット溶接された溶接継手のビッカース硬さを測定した。図7は、硬度測定位置を示す説明図である。
図7に示すナゲット25の端部(位置NL)から、反ナゲット中心側に向けて、第1アルミニウム板21と第2アルミニウム板23との界面26から第1アルミニウム板21側に板厚方向に距離S(S=0.6mm)を隔てた矢印Dの線上において硬度分布を測定した。測定した結果から得られる熱影響部(HAZ:Heat-Affected Zone)の長さを表1に示す。
このような熱影響部の長さを持つアルミニウム材の接合体は、CTSの強度バラつきが小さく、所定の溶接強度が確保されている。また、接合体を引張試験した場合には、界面破断にならず、安定してプラグ破断となり、接合強度の向上が図れる。
硬度測定には、マイクロビッカース硬さ試験機を用いて、試験荷重を100gf、保持時間を15秒、測定ピッチを板厚方向及び板の長手方向に0.3mmとした。
材料:6000系アルミニウム合金(T4処理)、板厚t=2mm
板組:同種2枚板組
電極:R型電極、電極径φ19mm、先端曲率半径100mm
電極材質:クロム銅
図8に示す点線は、ナゲットの外縁を表している。通常通電+ダウンスロープの場合は、ナゲットの端部にビッカース硬さが45Hv~55Hvとなる領域が発現しているが、短時間通電の場合は、ナゲットの端部を含むナゲットの外周縁のビッカース硬さが60Hv以上となり、ナゲット内部のビッカース硬さより高くなっている。そのため、通常通電+ダウンスロープの場合には、ナゲットの端部に低荷重で応力が集中し、ナゲットの外周縁に沿ったき裂(剥離)が生じやすくなると考えらえる。
一方、短時間通電の場合には、ナゲットの端部での局所的な強度低下が少なく、応力の集中が緩和され、その結果、ナゲットに沿ったき裂(剥離)が生じずに、アルミニウム材側にき裂が発生すると考えられる。その場合、アルミニウム材の破断が板厚の厚い位置で生じるため、破断強度が通常通電の場合よりも高くなる。
アルミニウム材の板厚をt(mm)としたとき、
電極によるアルミニウム材への加圧力を2(kN)以上、8(kN)以下とし、
溶接電流を25(kA)以上、50(kA)以下とし、
溶接時間を30×t(ms)以上、50×t(ms)以下として抵抗スポット溶接すればよい。
アルミニウム溶接継手は、JIS Z 3137に準拠した十字引張試験片であり、ここでは、熱処理型の6000系アルミニウム合金材(T4処理)からなる2枚のアルミニウム板を十字型に組み合わせ、互いの重なり部をスポット溶接することにより得た。
表3は、アルミニウム溶接継手の試験例13,14の溶接条件を示している。試験例13,14におけるアルミニウム溶接継手は、アルミニウム板の幅Wが40mm、長さLが125mm、板厚tが2mmであり、重ね代は40mmである。その他の条件は試験例1~12の場合と同様である。試験例13は溶接時間Tmを65msとした短時間通電の場合であり、試験例14は溶接時間Tmを190msとした通常通電の場合である。いずれの場合もアップスロープ時間を設けており、ダウンスロープ時間は設けていない。試験例13,14では、溶接電流を変化させて互いに異なるナゲット径にしている。
図14によれば、TSSはナゲット径が小さいほどTSSも低下している。しかし、溶接時間Tmが65msであっても190msであっても、ナゲット径と相関に殆ど差が見られなかった。つまり、溶接時間Tmを短縮してもTSSには悪影響を及ぼさないことがわかる。
試験片及び溶接条件は次のとおりである。
材料:5000系アルミニウム合金、板厚t=2mm
板組:同種2枚板組
電極:R型電極、電極径19mm、先端曲率半径100mm
電極材質:クロム銅
試験例15,16におけるアルミニウム溶接継手は、アルミニウム板の幅Wが50mm、長さLが150mm、板厚tが2mmのJIS Z 3137に準拠した試験片である。
試験例16は、試験例15の通電時間Tcを180msとして溶接時間Tmを190msにした通常通電の条件で、溶接電流の電流値Iを25.0~30.0kAの範囲で複数回溶接した。その他の条件は試験例15と同様である。
図15から、短時間通電の溶接時間Tmで溶接した溶接継手は、通常通電の溶接時間Tmで溶接した溶接継手に比べて、ナゲット径が小さくても、約3.7kN以上のCTS強度を有し、ナゲット径が4√t以上では4kN以上のCTS強度を維持できていることが分かる。つまり、短時間通電の場合は、通常通電の場合よりも溶接条件の裕度が広く、より安定して必要サイズのナゲットを形成できる。そして、通常通電の場合では、ナゲット径が7mmまでシェア破断のままであるが、短時間通電の場合では、ナゲット径が5mm以上でプラグ破断となり、ナゲット径が7mm以下では、短時間通電の方が相対的に高い強度となる傾向であった。このように、プラグ破断を維持できる限界のナゲット径は、短時間通電の場合が通常通電の場合よりも小さくなり、短時間通電の方がより小さなナゲット径でもCTSの強度を高められることが分かる。
(1) 複数のアルミニウム材を重ね合わせて一対の電極によりスポット溶接するアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法であって、
前記アルミニウム材の板厚をt(mm)としたとき、
前記電極による前記アルミニウム材への加圧力を2(kN)以上、8(kN)以下とし、
溶接電流を25(kA)以上、50(kA)以下とし、
溶接時間を30×t(ms)以上、50×t(ms)以下として抵抗スポット溶接する、アルミニウム材の抵抗スポット溶接方法。
このアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法によれば、CTSを改善しつつ、強度バラつきを小さくでき、良好なスポット溶接を安定して実現できる。
このアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法によれば、溶接時間を、溶接の実態を反映した適切な時間に算出できる。
このアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法によれば、溶接時の入熱によって低下した強度を熱処理によって元の強度に戻すことでき、高強度な接合体が得られる。
このアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法によれば、高い溶接性で、高強度かつ耐食性の良好な接合体が得られる。
このアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法によれば、高い接合強度が安定して得られる。
前記アルミニウム材の板厚をt(mm)としたとき、
前記アルミニウム材同士の間に形成されたナゲットの前記アルミニウム材同士の接合面に沿った端部から、該ナゲットの中心側と反対側に向けて、前記アルミニウム材の母材の硬度よりも低い前記スポット溶接による熱影響部が2.9×√t(mm)以下の長さで形成されている、アルミニウム材の接合体。
このアルミニウム材の接合体よれば、CTSを改善しつつ、CTSの強度バラつきが小さくなる。
このアルミニウム材の接合体よれば、ナゲットの外周縁に沿ったアルミニウム材の剥離を防止でき、高い接合強度が得られる。
このアルミニウム材の接合体によれば、高い接合強度が安定して得られる。
13 電極
15 電極
17 溶接トランス部
18 電源部
19 制御部
20 電極駆動部
21 第1アルミニウム板(アルミニウム材)
23 第2アルミニウム板(アルミニウム材)
25 ナゲット(スポット溶接部)
Claims (8)
- 複数のアルミニウム材を重ね合わせて一対の電極によりスポット溶接するアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法であって、
前記アルミニウム材の板厚をt(mm)としたとき、
前記電極による前記アルミニウム材への加圧力を2(kN)以上、8(kN)以下とし、
溶接電流を25(kA)以上、50(kA)以下とし、
溶接時間を30×t(ms)以上、50×t(ms)以下として抵抗スポット溶接する、アルミニウム材の抵抗スポット溶接方法。 - 前記溶接時間は、アップスロープ時間を含む、
請求項1に記載のアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法。 - 前記アルミニウム材は熱処理型アルミニウム合金である、請求項1又は2に記載のアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法。
- 前記アルミニウム材は非熱処理型アルミニウム合金である、請求項1又は2に記載のアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法。
- CTSの平均値から3σで表されるバラつきを減じた値が、1.4×t(kN)以上となるように抵抗スポット溶接する、
請求項1~4のいずれか1項に記載のアルミニウム材の抵抗スポット溶接方法。 - 複数のアルミニウム材が重なり合ってスポット溶接されたアルミニウム材の接合体であって、
前記アルミニウム材の板厚をt(mm)としたとき、
前記アルミニウム材同士の間に形成されたナゲットの前記アルミニウム材同士の接合面に沿った端部から、該ナゲットの中心側と反対側に向けて、前記アルミニウム材の母材の硬度よりも低い前記スポット溶接による熱影響部が2.9×√t(mm)以下の長さで形成されている、アルミニウム材の接合体。 - 前記ナゲットの外周縁におけるビッカース硬さが、前記ナゲットの内部におけるビッカース硬さより高い、請求項6に記載のアルミニウム材の接合体。
- CTS平均値から3σで表されるばらつきを減じた値は、1.4×t(kN)以上である、
請求項6又は7に記載のアルミニウム材の接合体。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/JP2021/034576 WO2022071022A1 (ja) | 2020-10-02 | 2021-09-21 | アルミニウム材の抵抗スポット溶接方法、及びアルミニウム材の接合体 |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020167623 | 2020-10-02 | ||
JP2020167623 | 2020-10-02 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2022060133A true JP2022060133A (ja) | 2022-04-14 |
JP7491855B2 JP7491855B2 (ja) | 2024-05-28 |
Family
ID=81124651
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2021013577A Active JP7491855B2 (ja) | 2020-10-02 | 2021-01-29 | アルミニウム材の抵抗スポット溶接方法、及びアルミニウム材の接合体 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7491855B2 (ja) |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3862640B2 (ja) | 2002-09-06 | 2006-12-27 | 株式会社神戸製鋼所 | アルミニウム系材の抵抗スポット溶接方法 |
JP5392142B2 (ja) | 2010-02-22 | 2014-01-22 | 新日鐵住金株式会社 | 合金化アルミめっき鋼板またはアルミ合金層を有するプレス部品のスポット溶接方法 |
-
2021
- 2021-01-29 JP JP2021013577A patent/JP7491855B2/ja active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP7491855B2 (ja) | 2024-05-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5293227B2 (ja) | 高強度薄鋼板の抵抗スポット溶接方法 | |
JP6108030B2 (ja) | 抵抗スポット溶接方法 | |
JP6226083B2 (ja) | 抵抗スポット溶接方法 | |
JP5599553B2 (ja) | 抵抗スポット溶接方法 | |
JP6278154B2 (ja) | 抵抗スポット溶接方法および溶接部材の製造方法 | |
JP2007268604A (ja) | 抵抗スポット溶接方法 | |
US20200108468A1 (en) | Hybrid ultrasonic and resistance spot welding system | |
CN111886106A (zh) | 金属材料的固相接合方法和固相接合装置 | |
JP5261984B2 (ja) | 抵抗スポット溶接方法 | |
KR102127991B1 (ko) | 저항 스폿 용접 방법 및 용접 구조물 | |
JP5206448B2 (ja) | 高強度薄鋼板の抵抗スポット溶接方法 | |
JP5609966B2 (ja) | 抵抗スポット溶接方法 | |
JP2008290098A (ja) | 抵抗スポット溶接方法 | |
JP7115223B2 (ja) | 抵抗スポット溶接継手の製造方法 | |
JP6136249B2 (ja) | スポット溶接用電極、スポット溶接方法およびスポット溶接部材 | |
WO2022071022A1 (ja) | アルミニウム材の抵抗スポット溶接方法、及びアルミニウム材の接合体 | |
JP2022060133A (ja) | アルミニウム材の抵抗スポット溶接方法、及びアルミニウム材の接合体 | |
JP5906618B2 (ja) | 抵抗スポット溶接方法 | |
JP7242112B2 (ja) | 固相点接合方法及び固相点接合装置 | |
JP6558249B2 (ja) | スポット溶接十字継手の引張試験方法 | |
JP6969649B2 (ja) | 抵抗スポット溶接方法および溶接部材の製造方法 | |
US20210039189A1 (en) | Resistance-spot-welded aluminum joint | |
WO2020203375A1 (ja) | アルミニウム材のスポット溶接方法及びアルミニウム材 | |
JP6648791B2 (ja) | 抵抗スポット溶接方法 | |
JP7307393B1 (ja) | リベット継手の製造方法、リベット継手、及び自動車部品 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20230901 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20240305 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20240403 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20240507 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20240516 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7491855 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |